中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料（conductive polymer composites；CPCs）中分離結(jié)構(gòu)的形成是一種在相對較低的填料負載下實現(xiàn)高導(dǎo)電性的有效策略。然而，并非所有聚合物都能滿足傳統(tǒng)熱壓成型（compression molding；CM）的要求，并且它總是會導(dǎo)致聚合物域之間出現(xiàn)弱界面結(jié)合。在此，提出了一種基于選擇性微波燒結(jié)（selective microwave Sintering；SMS）的清潔且節(jié)能的方法，用于制備具有顯著增強的電磁干擾（electromagnetic interference；EMI）屏蔽和機械性能的分離聚（乙烯-辛烯）（poly(ethylene-co-octene)；POE）/碳納米管（carbon nanotube；CNT）復(fù)合材料。在外部力場下，CNT納米顆粒選擇性地分散并涂覆在POE顆粒的表面上。涂覆的CNT層作為微波吸收器，因此會在不破壞原始CNT分離網(wǎng)絡(luò)的情況下，誘導(dǎo)相鄰POE域的局部熔化和焊接。在這種情況下，POE鏈在界面區(qū)域發(fā)生強烈的相互擴散和纏結(jié)，以確保POE顆粒之間的高質(zhì)量燒結(jié)。制備的導(dǎo)電POE/CNT復(fù)合材料具有顯著增強的機械性能，與熱壓成型制備的樣品相比，其拉伸強度幾乎提高了2倍，斷裂伸長率提高了10倍以上。此外，含2.10 vol% CNT的SMS復(fù)合材料在12.0 GHz頻率下分別表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率為26.0 S/m和EMI SE為34.7 dB。此外，還通過紅外熱像儀和COMSOL模擬對燒結(jié)過程、強化機制以及相鄰聚合物顆粒之間的融合行為進行了深入研究。

一、引言

隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁污染問題日益嚴重，對電子設(shè)備和人體健康造成危害。CPCs因其輕質(zhì)、可調(diào)導(dǎo)電性、耐腐蝕性和易于加工等優(yōu)點，成為理想的電磁屏蔽材料。構(gòu)建分離結(jié)構(gòu)是提高 CPCs 導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能的有效策略，但傳統(tǒng)的熱壓成型方法存在局限性，難以實現(xiàn)高性能分離結(jié)構(gòu) CPCs 的制備。此外，分離結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造過程往往導(dǎo)致機械性能下降。

國際知名期刊《Composites Science and Technology》曾發(fā)表了由四川大學(xué)聚合物材料工程國家重點實驗室的研究團隊完成的有關(guān)微波選擇性燒結(jié)制備的分離結(jié)構(gòu)聚合物/碳納米管復(fù)合材料的研究成果。該研究提出了一種基于SMS制備POE/CNT復(fù)合材料的新方法。通過將 CNT 涂覆在 POE 粒子表面，利用微波加熱的局部選擇性，實現(xiàn) POE 粒子之間的快速熔融和焊接，從而構(gòu)建了高性能的分離結(jié)構(gòu)。該復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽性能和力學(xué)性能，為制備高性能 CPCs 提供了新的思路。論文標題為“Enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical properties of segregated polymer/carbon nanotube composite via selective microwave sintering”。

二、研究內(nèi)容及方法

研究使用了來自Suyu塑料有限公司的POE粉末和來自比利時Nanocyl S.A.的CNT作為填料。通過球磨機將不同體積分數(shù)的POE粉末與CNT混合，形成復(fù)合顆粒。這些復(fù)合顆粒被填充到特制的Teflon模具中，并在微波爐中進行選擇性微波燒結(jié)，使POE顆粒之間熔融焊接形成分離結(jié)構(gòu)。對燒結(jié)后的復(fù)合材料進行壓縮，確保顆粒之間良好的焊接。為了比較，還使用傳統(tǒng)的CM方法在62°C和10MPa下制備了具有相同CNT濃度的分相POE/CNT復(fù)合材料。

圖1 通過選擇性微波燒結(jié)制備分離的POE/CNT復(fù)合材料的工藝示意圖。

該研究利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡詳細觀察了通過SMS制備的POE/CNT復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)。結(jié)果表明，通過球磨涂覆的CNT均勻地分布在POE顆粒表面，有助于在隨后的燒結(jié)過程中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)CM樣品相比，SMS樣品的斷裂面更加平整，CNT層與基體結(jié)合良好，沒有明顯的缺陷。隨著微波燒結(jié)時間的延長，CNT層逐漸變薄并最終消失，這表明微波燒結(jié)顯著提高了界面結(jié)合和機械強度，同時保持了完整的分相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，通過紅外熱像儀和COMSOL模擬，研究者們還深入探討了微波輻射下復(fù)合材料的加熱行為、增強機制以及鄰近聚合物顆粒的融合行為。

圖2 SEM圖像顯示了SMS2.10的斷裂表面（a、b和c）和界面區(qū)域（d、e和f）的微觀結(jié)構(gòu)，微波時間分別為6、8和10秒；界面區(qū)域的結(jié)構(gòu)演化（g）；在不同MW輻照時間下燒結(jié)的SMS2.10的電導(dǎo)率（h）和EMI SE（i）。

文章探討了在微波輻射下選擇性加熱行為，這一行為依賴于POE和CNT的介電特性差異。通過實驗觀察了不同CNT含量的復(fù)合顆粒在300W微波場中6秒內(nèi)的實時溫度分布，發(fā)現(xiàn)CNT的負載量增加顯著提高了微波加熱效率。采用COMSOL Multiphysics軟件模擬了微波輻射下POE/CNT復(fù)合顆粒的加熱機制，結(jié)果顯示熱量主要集中在CNT涂層的外表面，而由于POE基體對微波的透明性，內(nèi)部聚合物在輻射下保持未加熱狀態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)證實了微波選擇性加熱模式的高效性和可控性，證明了其在構(gòu)建完美分離導(dǎo)電結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢。

圖3 在300W的給定MW功率下，POE/CNT復(fù)合顆粒在不同時間內(nèi)的紅外熱圖像（a:2s，b:4s，c:6s，d:8s，e:10s，f:12s）。

圖4 POE/CNT復(fù)合顆粒的微波加熱行為和傳熱的COMSOL模擬（模式網(wǎng)格（a）和10 W下1秒（b）、5秒（c）和10秒（d）的模擬過程）。

關(guān)于SMS 制備的 POE/CNT 復(fù)合材料的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能，研究發(fā)現(xiàn)，SMS 制備的復(fù)合材料與傳統(tǒng)的CM制備的樣品具有相似的導(dǎo)電性，表明 SMS 能夠形成完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。隨著 CNT 含量的增加，兩種制備方法的復(fù)合材料導(dǎo)電性都顯著提高，表現(xiàn)出明顯的滲流行為。SMS 制備的復(fù)合材料在 8.2-12.4 GHz 頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽性能，且隨著 CNT 含量的增加而提高，平均屏蔽效能超過 20 dB，滿足商業(yè)應(yīng)用的要求。通過COMSOL模擬和實驗數(shù)據(jù)，作者進一步探討了復(fù)合材料的電磁屏蔽機制，以及如何通過構(gòu)建分相結(jié)構(gòu)來提高EMI屏蔽性能。

圖5 具有不同CNT負載量的CM和SMS樣品的抗拉強度（a）；具有0.43和2.10vol%CNT的SMS和CM樣品的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；具有不同CNT負載量的SMS樣品的拉伸模量和斷裂伸長率（c）；SMS2.10在不同應(yīng)變下的循環(huán)拉伸恢復(fù)曲線（d）；拉伸斷裂CM和SMS樣品的數(shù)碼照片（e）；SEM圖像顯示了拉伸CM（f）和SMS（g）樣品的斷裂表面和微觀結(jié)構(gòu)。

文章通過SMS制備的POE/CNT復(fù)合材料的機械性能進行了深入研究。與傳統(tǒng)的CM樣品相比，SMS樣品展現(xiàn)出顯著提高的拉伸強度和斷裂伸長率，特別是當CNT含量較高時。例如，SMS2.10 樣品的拉伸強度和斷裂伸長率分別提高了 100% 和 1000%。此外，SMS樣品在循環(huán)拉伸恢復(fù)測試中顯示出卓越的韌性和穩(wěn)定性。SMS 技術(shù)通過局部加熱和焊接相鄰的 POE 域，有效地促進了分子鏈的擴散和纏結(jié)，從而增強了復(fù)合材料內(nèi)部的相互作用和界面結(jié)合力。此外，CNT 填料在拉伸應(yīng)力下重新排列和分散，吸收了大量的能量，并促進了應(yīng)力的傳遞，從而提高了復(fù)合材料的彈性和韌性。

三、小結(jié)

該研究結(jié)果表明，微波選擇性燒結(jié)技術(shù)能夠有效制備具有高性能分離結(jié)構(gòu)的 POE/CNT 復(fù)合材料。微波燒結(jié)實現(xiàn)了局部選擇性加熱和焊接，提高了界面結(jié)合強度和機械性能，同時保持了優(yōu)異的電磁屏蔽性能。該研究為制備高性能 CPCs 提供了新的思路，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

原始文獻:

Xu, D., Chen, W., & Liu, P. (2020). Enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical properties of segregated polymer/carbon nanotube composite via selective microwave sintering. Composites Science and Technology, 199, 108355.

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108355